Атлас, Города и страны, моря и океаны. Вокруг Света, Тайны ХХ века, Целый мир в твоих руках

Электрическое чувство

Электрическое чувство - 5.0 out of 5 based on 1 vote
Рейтинг:   / 1
ПлохоОтлично 

 elektrik somКРОТКАЯ МОЛНИЯ В ОКЕАНЕ

Они дали нам понятие об электричестве задолго до того, как была сконструиро­вана первая батарея, — еще в Антич­ности. «Ты очень похож и видом, и всем на плоского морского ската: он ведь всякого, кто к нему приблизится и при­коснется, приводит в оцепенение, а ты сейчас, мне кажется, сделал со мной то же самое — я оцепенел», — такой ком­плимент в трактате Платона «Менон» делают Сократу за его ошеломляющие логические построения.

Знакомый древ­ним грекам черный электрический скат Torpedo nobiiiana производит разряды с напряжением порядка 50 вольт — при высокой проводимости морской воды штука посильнее философии. (Авторы некоторых книг пишут и про 200 вольт, но другие специалисты считают это значение завышенным.) Менее зна­мениты донные электрические рыбы семейства звездочетовых, названные так за высоко посаженные глаза, будто бы взирающие на небо сквозь воду (на самом деле такими глазами удобно высматривать добычу, закопавшись в песок).

Электрические рыбы бывают и пре­сноводными. В Африке египтяне и абиссинцы удивлялись электрическим сомам семейства Maiapxeruridae (300— 400 вольт; они вынуждены давать более высокое напряжение, чем скаты, так как пресная вода хуже проводит электри­чество). В реках Южной Америки живет электрический угорь Electrophorus electricus — у крупных рыб этого вида напряжение достигает 600—600 вольт. Это о нем говорится в фантастической трилогии «Алюмен» Генри ЛайонаОлди, действие которой происходит в первой половине XIX века. «Над водой. ..возникла узкая, приплюснутая голова на длинной шее. Голая кожа — бурая, втемных пятнах; нижняя челюсть и горло — ярко-оранже­вые, как листья рябин в начале осени. Рыба? змей?!» Электрических угрей, согласно сюжету романа, привозит в Европу знаменитый датский физик Ганс Христиан Эрстед.

Обсуждаемые героями «Алюмена» преимущества животного электри­чества перед тем, что получают из вольтова столба, — фантастическая вольность: электричество одно и то же. Но в основу ее положены реальные дискуссии, кипевшие в научном мире не одно десятилетие.

Натуралисты далеко не сразу повери­ли, что эти рыбы наносят удар именно электричеством. Предполагали, напри­мер, что они каким-то загадочным спо­собом «замораживают» человеческую руку или стремительно бьют по ней. Уже было известно, что и живые существа, и вода проводят ток, поэтому утвержде­ние, что проводник, плавающий в про­воднике, генерирует электричество, не могло быть принято без веских доказательств. В июне 1772 года член Королев­ского общества сэр Джон Уолш специ­ально привозил французским рыбакам лейденскую банку, чтобы они сравнили эффект от ее разряда с ударом ската. Добровольцы уверенно ответили уче­ному англичанину, что ощущения такие же. «Те, что предсказывали и показали связь электричества со страшными ат­мосферными молниями, со вниманием узнают отом, что в глубине океана элек­тричество существует в виде кроткой молнии, молчаливой и невидимой. Те, что анализировали заряженные банки, с удовольствием увидят, что их законы справедливы и для живых банок. Те, кто стал электриком благодаря разуму, с уважением отнесутся к электрику по инстинкту, которого природа с самого рождения одарила чудесным аппа­ратом и способностью пользоваться им», — так писал Уолш, обращаясь к Бенджамину Франклину. По просьбе Уолша Генри Кавендиш создал модель электрического ската, которую «запи-тали» от батареи лейденских банок и погрузили в подсоленную воду. Опыты с моделью убедили естествоиспытате­лей в электрической природе разрядов живых рыб. (Кстати говоря, сам Кавен­диш, сильно опережая свое время, был в этом убежден. Именно он впервые получил при разряде угря искру — «чи­стое электричество».) В следующее десятилетие начал свои эксперименты Луиджи Гальвани, доказывая, что элек­трические явления лежат в основе нерв­но-мышечного взаимодействия и что они, следовательно, распространены в живой природе повсеместно.

В то время таинственная общность между небесной молнией, наэлектризо­ванными телами, металлическими пла­стинами в солевых растворах, нервами и мышцами животных привлекала вни­мание всех образованных людей. Она вызывала к жизни гипотезы не менее фантастические, чем у Генри Лайона Олди, и она же вдохновила ученых на исследования, которые в конечном счете дали нам понимание природы нервного импульса и устройства нерв­ной системы. Это отдельная и очень интересная тема, но сейчас вернемся к электрическим рыбам.

Алессандро Вольта называл свое устройство для получения электриче­ства «искусственным электрическим органом», подчеркивая его сходство с органами рыб. (Интересно, что при этом Вольта рьяно отрицал наличие «животного электричества» Гальвани, признавая только «металлическое» или «контактное» электричество, а у фей и скатов считал неким исключением из правил.) Вольтов столб (1799) состоял из одинаковых контактных пар метал­лов, собранных в столбик, одинаково ориентированных и разделенных влаж­ными тканевыми дисками. Напряжение между крайними металлами было про­порциональным количеству пар.

Естественный электрический орган со­стоит из специальных клеток — электро-цитов, также соединенных последова­тельно (рис. 1). Каждая клетка пред­ставляет собой пластинку, к которой с одной стороны подходит нерв. Из нервного окончания в синаптическую щель выделяется нейромедиатор ацетилхолин и взаимодействует с ре­цепторами на электроците, так же, как это происходит в нервно-мышечном синапсе. Рецепторы открывают кана­лы, через которые ионы натрия входят внутрь, а ионы калия выходят наружу. Происходит деполяризация мембраны в районе синапса (то есть заряд на мембране в этой области отличается от заряда во всех остальныхточках). Одна­ко в мышечных волокнах синаптические контакты маленькие, расположены хаотично, деполяризация возникает в разных точках, и напряжения не сумми­руются. В электроцитах, напротив, пло­щадь контакта велика, и деполяризация «неохотно» распространяется на другую сторону плоской клетки, с «рыхлой» поверхностью. Клетки возбуждаются одновременно (что для мышцы тоже не характерно) и создают заряд с од­ной и той же стороны, как батарейки в «гнезде». И конечно, электроциты не способны сокращаться.

Вольта выстроил свой столб, чтобы усилить эффект, слишком слабый всего в одной паре контактирующих металлов. Электрическому угрю, чтобы получить напряжение 600 вольт, нужно включить последовательно не менее 4000 клеток (одна клетка дает не более 0,15 В). А чтобы получить еще и доста­точно сильный ток, столбиков клеток должно быть много. В итоге электриче­ские батареи занимают значительную часть тела рыбы, изрядно потеснив все остальные органы, которые к тому же приходится защищать от собственных разрядов.

Тем не менее игра стоит свеч. Элек­трическое оружие не только позволяет скату, угрю и сому успешно охотиться, оглушая или даже убивая более мелких рыб и беспозвоночных, но и защищает от врагов. Если хищнику случалось иметь дело с электрической рыбой, то, увидев ее вновь, он сразу поймет, что не настолько голоден.

Однако для того, чтобы ответить на вопрос, каким образом природа скон­струировала электрические батареи, недостаточно исследовать их строение.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ «ГОЛОВОЛОМКА ДАРВИНА»

Эта проблема встает перед теорией эволюции всякий раз, когда необходимо объяснить происхождение высокоспе­циализированного органа. Ясно, что крыло, позволяющее летать по воздуху, дает преимущества своему владельцу. Но как быть с промежуточными форма­ми? Какой прок в передней конечности, которая еще не пригодна для полета и уже не пригодна для бега? Животное с такой мутацией скорее будет менее приспособленным, чем его «нормаль­ные» сородичи! А значит, говорят анти­дарвинисты, естественный отбор не должен поддерживать начальные ста­дии образования специализированного органа. Кстати, для многих таких орга­нов промежуточных форм и не найдено, они возникают как будто сразу в готовом виде. И начинается: Дарвин, возможно, был не прав, теория эволюции, возмож­но, ошибочна...

Тем, кто «Происхождения видов» не читали, но осуждают, будет интересно узнать, что первым обратил внимание на эту проблему сам Дарвин. А в ка­честве одного из примеров «исключи­тельных трудностей теории» он выбрал электрических рыб.

Электрические органы, писал Дарвин, встречаются в различных группах рыб, о которых немыслимо предположить, что они имеют общего предка. (Загляните в начало статьи: совершенно несходные между собой семейства, разные части света...) Однако и сами электрические органы, например, ската и угря не сходны между собой, поэтому искать общего предка нет резона — логичнее предположить, что эти органы возникли независимо. «Так, отпадает трудность, связанная с появлением, по-видимому, одного и того же органа у видов, нахо­дящихся в очень отдаленном родстве; остается только меньшая, но все же достаточно большая трудность, именно: какими градуальными шагами шло раз­витие этого органа в каждой отдельной группе рыб». Если полезное приспо­собление возникало неоднократно, то и переходных форм, по идее, должно быть много. И где же они?

Недостающие звенья ищут в пале­онтологической летописи либо среди родственных видов, у которых специ­ализация не зашла так далеко. Но если про недостающее звено между лапой и крылом, по крайней мере, заранее из­вестно, что это должна быть передняя конечность необычного вида, то пред­сказать, на что будет похож прототип электрического органа, гораздо слож­нее. Или этот орган есть у животного, или его нет, причем первый случай — большая редкость (так казалось в XIX веке). И как в той же главе отмечает Дарвин, «геология не дает никаких оснований предполагать, что боль­шинство рыб обладало некогда элек­трическими органами, утраченными их модифицированными потомками».

С крылом эволюционисты разо­брались — и промежуточные формы обнаружили, и объяснили, каким образом «незаконченные» органы могли повышать приспособленность. (Например, «протокрыло» предков рукокрылых, непригодное для беганья, хорошо отводилось в сторону, а зна­чит, с такой конечностью было удобно лазить по толстым стволам деревьев.) По-видимому, каждое приспособле­ние, возникшее в ходе эволюции, на ранних стадиях формирования уже приносило своему обладателю пользу. Хотя и не всегда в той же области, что «последняя версия».

Что касается электрических органов, возможное направление исследова­ний наметил Дарвин в той же главе «Происхождения видов». «Общепри­знано близкое сходство этих органов с обыкновенными мышцами как по внутреннему строению и распределению нервов, так и по воздействию на них различных реактивов. <... > Далее этого наше объяснение в настоящее время не простирается, но <...> было бы крайне смело утверждать, что не существовало никаких подходящих переходов, кото­рыми могло идти градуальное развитие этих органов».

Итак, нужно было искать некие органы, производящие более сильный разряд, чем обычные мышцы, и более слабый, чем органы известных электрических рыб. Но оставался вопрос: а зачем они нужны, если они и существуют? Дарвин с недоумением упоминал скатов Raja — электрические органы у них не в «кры­льях», а в хвосте, а разряд так слаб, что едва ли может служить для защиты или охоты. Вто время были известны еще две группы таких загадочных рыб — гимноти-ды (родственники электрического угря, также обитающие в Южной Америке) и африканские мормириды. Утех и других имелись структуры, похожие на элек­трические органы, но зафиксировать от них разряды долгое время никому не удавалось.

ОТКРЫТИЕ «ШЕСТОГО ЧУВСТВА»

Прорыв в исследовании электрических рыб осуществил в середине XX века Ганс Вернер Лиссманн, родившийся в городе Николаеве близ Одессы и с 1934 года работавший в Кембридже (рис. 2) В 1951 году он опубликовал сообщение в «Nature» о том, что зарегистрировал электрические разряды от пресновод­ной рыбы гимнарха Gymnarchus niloti-cus. (Позднее гимнарх был отнесен к отряду мормирид.)Ав 1958 году, после семи лет плодотворных экспериментов и полевых исследований, в «Journal of experimental biology» вышла его глав­ная статья — «О функции и эволюции электрических органов рыб». Лиссманн убедительно доказывал, что электриче­ские органы мормиридам и гимнотидам нужны для ориентирования и общения.

Все началось с того, что Лиссманна, изучавшего динамику движений жи­вотных, заинтересовала способность гимнарха плавать хвостом вперед и при этом уверенно обходить препятствия. Предполагаемый электрический орган у гимнарха находился как раз в хвосте, и Лиссманну удалось установить, что этот хвост испускает импульсы стабильной частоты (порядка 300 Гц) и амплитуды (около 30 мВ в метре от рыбы). Кроме того, гимнарх явно реагировал на объ­екты из проводящих материалов, напри­мер на опущенную в аквариум медную проволоку. Лиссманн предположил, что гимнарх ориентируется с помощью электролокации — ощущает искажения силовых линий собственного поля. Этот способ мировосприятия, по-видимому, не имеет аналогий не только с человече­скими органами чувств, но и с человече­ской техникой. Когда же стало понятно, что и как искать, слабоэлектрических рыб оказалось не так уж мало.

Совместно с Кеном Мэичином, от­вечавшим за инженерное обеспе­чение, Ганс Лиссманн провел серию интересных экспериментов. Например, гимнарху предъявляли два закрытых сосуда, непрозрачных в оптическом диапазоне, но «прозрачных» для тока. У рыбы вырабатывали рефлекс: вы­бирать червяка рядом с тем из двух сосудов, электропроводность содер­жимого которого была больше, чем у воды (рис. 3). При этом регистрировали и разряды, исходящие от гимнарха, и нюансы его поведения. Аналогичные опыты позволили установить диапазон электрочувствительности гимнарха и сравнить ее с чувствительностью других рыб. Например, представители отряда карповых реагируют на электрические токи в диапазоне от 8 до 110 мкА/см2. Пороговая плотность тока, которую рас­познает гимнарх, составила, по оценкам МэЙчина, 10s мкД/смг — оцените раз­ницу в порядке величин!

Высокую чувствительность обе­спечивают совершенные устройства приема. В подводном царстве широко распространены ампулярные рецепто­ры, в виде ямки-«ампулы». (То, что это именно электрорецепторы, окончатель­но стало понятно после Лиссманна.) Подобные структуры найдены и на коже некоторых палеонтологических образ­цов, например латимерий. Ампулярные рецепторы — низкочастотные, они луч­ше всего воспринимают единицы или доли герц и встречаются у многих типов рыб, в том числе неэлектрических: осе­тров, акул, сомов.

У мормирид, помимо ампулярных, есть электрорецепторы особого рода — бу­горковые. Они воспринимают специ­ализированные разряды электрических органов, собственных и чужих. Сиг­налы от них поступают в мозг рыбы, в так называемые электросенсорные доли. Рыба «видит» всей кожей элек­трические поля, и это позволяет ей ориентироваться даже в темноте или в замутненной воде, а также общаться с сородичами. Ни один скептик не скажет, что это приспособление — не полезное!

Зачем рецепторы неэлектрическим рыбам? Ганс Лиссманн предположил, что в ходе эволюции первичной была не элек­трогенерация, а электрорецепция—воз­можность наблюдать изменения элек­трических полей стала предпосылкой для умения генерировать такие поля. Логично: животные, лишенные слуха, не подают звуковых сигналов, не раз­личающие цветов — не демонстрируют друг другу ярко окрашенные крылья или хвосты. А вот молчаливые существа, на­деленные слухом, известны. Тем же акулам электрочувствительность помогает находить добычу. Вспомним, что мышца — тоже электрический орган, потенциа­лы мышечных волокон компенсируются не полностью. Для нас, неразвитых наземных млекопитающих, камбала, зарывшаяся в песок, абсолютно неза­метна, но ее выдает пульсация жабер­ных мышц. Акула «видит» вспышки мы­шечной активности — по частоте они как раз попадают в оптимум ампулярных рецепторов — и атакует. Точно так же она атакует и искусственный генератор разрядов. Если же спрятать камбалу за непрозрачный для тока экран, то акула ее проигнорирует. Эти опыты проде­лал в начале 70-х годов американский ихтиолог голландского происхождения Адрианус Кальмейн (Kalmijn). Есть еще и потенциалы дыхания — вода, которую рыба выбрасывает из жабр, отличается по ионному составу, а значит, любое существо, дышащее под водой, можно засечь с помощью электрорецепции. Полезнейшее «шестое чувство»! Не­даром пале о ихтиологи полагают, что в палеозое, 300—600 млн. лет назад, оно было у всех предков рыб (и не только рыб), а к настоящему времени некото­рые группы его утратили.

Открытия Лиссманна пробудили интерес к этой области у многих иссле­дователей. Список электрических рыб расширялся с каждым десятилетием. В 70-е годы появились подробные сведе­ния о физиологии электрорецепторов различныхтипов (ТеодорХолмс Буллок в США, Тома Сабо во Франции). Деся­тилетием позже в деталях был изучен мозг электрических рыб — какие имен­но зоны и нейронные слои отвечают за прием сигнала, как работает центр генерации ритмов разряда, каким об­разом рыбы одного вида, сближаясь, изменяют частоты своих сигналов, чтобы не мешать друг другу...

С 90-х годов и по сей день (почаще бы у научных журналистов была возможность произносить эти слова!) приоритет в ис­следовании слабоэлектрических рыб, не принадлежащих к мормиридам и гимнотидам, принадлежит российским ученым. Подавляющее большинство этих работ было выполнено в Институ­те проблем экологии и эволюции им. А.Н.Северцова РАН (ИПЭЭ РАН); их авто­ры—В.Д. Барон, ААОрлов,А.С.Голу0цов, В.М.Ольшанский, К.С.Моршнев, Д.Э.Эльяшев, О.А.Солдатова. Инициа­тором отечественных исследований в об­ласти электролокации был известный их­тиолог, специалист по зрению, акустике и ориентации рыб, доктор биологических наук, профессор В.Р.Протасов (рис. 4).

Найти новые группы слабоэлектриче­ских рыб было очень важно, поскольку мормириды и гимнотиды, как выясни­лось, не очень-то годятся на роль «не­достающего звена». Электрорецепция у них возникла вторично, и устроена она непросто. По образному выражению В.М.Ольшанского и соавторов («Журнал общей биологии», 2011, т.72, №3), «мо­бильные телефоны и навигаторы слож­ней электрической дубинки, и странно было бы утверждать, что сначала воз­никли маломощные локаторы, требую­щие очень сложной обработки в мозгу, а потом в процессе эволюции они транс­формировались в мощные средства нападения и защиты со сравнительно простым управлением». Мормириды и гимнотиды — высокоспециализирован­ные группы, как и сильноэлектрические виды, только специализировались они в электролокации.

«Писать об эволюции электриче­ских рыб, опираясь на результаты по мормиридам и гимнотидам, не слишком разумно, — говорит доктор физико-математических наук Владимир Менделевич Ольшанский. — Это все равно что исследовать ультразвуковую эхолокацию дельфинов и на основании полученных данных рассуждать про эволюцию голосовых сигналов назем­ных животных».

И здесь на сцене появляются новые персонажи — клариевые сомы.

УДАР ПО ЭЛЕКТРИЧЕСКОМУ ГЛАЗУ

Сейчас принято считать, что существует шесть групп электрических рыб. Помимо мормирид и гимнотид, это электри­ческие скаты, ромботелые скаты Raja (те самые, которых упомянул Дарвин), звездочеты и сомы. Начиная с 70-х годов скатами занимались многие ученые (в нашей стране — В.Д.Барон, А.А.Орлов). А вот по слабоэлектрическим звездо­четам все работы выполнены наши­ми соотечественниками (В.Д.Барон, А.А.Орлов, Д.Э.Эльяшев). Кстати, сла­боэлектрической оказалась морская корова, единственный вид звездочетов, обитающий в Черном море.

Перечень слабоэлектрических сомов открыли сомы перистоусые, у которых обнаружили короткие разряды Мэри ХеЙчдорн (США) с соавторами. Их пу­бликация 1990 года не имела большого резонанса, пока обширным отрядом сомов не заинтересовались российские ученые. Они зарегистрировали разряды от других перистоусых сомов, потом от представителей других семейств. В 1993 году сотрудники ИПЭЭ РАН от­правились в экспедицию в Эфиопию, и им удалось показать, что к слабоэлек­трическим рыбам относятся клариевые сомы (публикации 1994 года).

То, что эти сомы способны воспри­нимать электрические поля, известно еще с XIX века. В 60-е годы XX века Лиссманн и Мейчин исследовали по­роги их электрочувствительности, но они полагали, что сомы не могут сами генерировать разряды. Однако Лисеманн высказывал предположение, что слабоэлектрические виды могут быть обнаружены среди сомообразных, по­скольку у сильноэлектрического сома, как и у ската с угрем, должны быть найдены слабоэлектрические родичи.

Разряды от африканского клариевого сома зарегистрировали В.Д.Барон, А.А.Орлов и А.С.Голубцов. Произошло это почти случайно. В отличие от сла­боэлектрических скатов и звездочетов, сомы упорно отказывались произво­дить разряды в ответ на тычки палкой. Оставалось надеяться: вдруг они сде­лают это по каким-то своим внутренним резонам, если подождать подольше? Чтобы увеличить вероятность счастли-вогособытия, в аквариум сэлектродами поместили сразу двух сомов, но оба «молчали». Опыт решили прекратить, однако аппаратуру не выключили. И вдруг электроды начали регистрировать разряды — сомы пришли в себя после поимки и принялись выяснять отноше­ния.

Что ж, если бы инопланетяне похи­тили человека и посадили в одиночную камеру, едва ли они в скором времени узнали Оы, что разумные с планеты Земля генерируют акустические коле­бания частотой от десятков до тысяч герц. А вот если бы отловили сразу дво­их, эта тайна раскрылась бы мгновенно.

Когда стало ясно, что тестировать рыб на электрогенерацию надо не по одной, а парами, это еще расширило их список: благодаря этой методике в него попали полиптерусы и силурие-вые сомы. По представителям отряда Poiypteriformes, или многоперообраз-ных, есть пока всего одна публикация (В.Д.Барон, Д.С.Павлов, 2003), но что существенно — это новая, седьмая группа электрических рыб. Среди си-луриевых, или настоящих сомов стоит упомянуть амурского сома, который водится на Дальнем Востоке России, в Китае, в Японии (там по его поведению предсказывают землетрясения). Амур­ский сом тоже в одиночку молчит, а при драках генерирует разряды, похожие на разряды клариевых сомов.

Теодор Буллок в своей программной статье «Будущее исследований электро-рецепции и коммуникации» предполагал, в частности, что электрические органы, генерирующие слабые разряды, будут обнаружены не только у родственников сильноэлектрических рыб, но и в других группах. Он был уверен также, что для этих сигналов будет найдено этологиче-ское значение, иначе говоря, доказана их ценность для естественного отбора.
В самом деле, у электрических скатов, сомов, угрей и звездочета нашлись сла­боэлектрические близкие родичи. Мож­но сказать, что проблема «недостающе­го звена» в головоломке Дарвина снята.

Но что с поведенческой значимостью? Для чего сомам электрический орган?

Как уже было сказано, в одиночестве клариевые сомы «молчат» — они не генерируют разряды постоянно в целях локации, как мормириды и гимнотиды. Хотя электрорецепция у них также возникла вторично, разряды соответ­ствуют характеристикам более древних ампулярных рецепторов. Это говорит о том, что электрорецепция у них менее специализирована. Клариевые сомы генерируют разряды преимущественно при агрессивно-оборонительных отно­шениях. Разряды их монополярны, то есть электрический импульс не меняет направления, и довольно продолжи­тельны (до 260 мс).

Читатели-физики наверняка уже при­думывают: как определить, которая из двух рыб в одном аквариуме сейчас дала разряд? Можно, например, за­крепить пару электродов на теле одного из сомов, а другую пару на стенках аквариума и соединить их с входами двухканальной регистрирующей аппа­ратуры. Сравнивая сигналы, нетрудно узнать, когда «разрядился» носитель хомута, а когда его оппонент.

Выяснилось, что сомы атакуют друг друга разрядами на близких дистан­циях — агрессор подплывает почти вплотную. Амплитуда напряжений на теле жертвы — 2—5 мВ (максимум 12 мВ) при расстоянии между электро­дами 5 см. При этом чувствительность сомов к электрическим полям — почти 1 мкВ/см. «Электрический разряд, со­провождающий атаку, может выполнять функцию «удара по электрическому глазу», ослепляющему атакуемую рыбу и «подсвечивающую» ее для электриче­ского восприятия атакующей» (из той же статьи В.М.Ольшанского и соавт.).

Все мы видели в кино, как один крутой парень направляет свет фонаря друго­му в лицо. Можно предположить, что для сома, воспринимающего электри­ческий удар всем телом, такой поступок врага еще неприятнее, и неприятность тем больше, чем сильнее разряд. Ви­димо, это и определило ход эволюции электрических органов, направленный на повышение напряжения.

ОБНИМИ МЕНЯ ПОКРЕПЧЕ

Помимо борьбы с конкурентами, перед каждой рыбой стоит еще одна важная задача — выбор партнера и размно­жение. Естественно было проверить, не посылают ли самцы и самки друг другу электрические сигналы во время нереста.

Для исследований очень удобно, что нерест у клариевых сомов можно вызвать инъекциями гормона гонадо-тропина. За время одного нереста в лабораторных условиях у сомов бывает более ста спариваний, что тоже хорошо для набора статистики. Кроме того, ри­туал спаривания всегда соблюдается с величайшей точностью, в нем четко по­вторяются мельчайшие детали, вплоть до положения усов партнеров (рис. 6). Самец плотно охватывает своим телом голову самки, после чего рыбы не­сколько секунд сохраняют неподвиж­ность. (Кстати, про большинство рыб не говорят «спаривание», так как у них наружное оплодотворение, но, когда оно сопровождается такими тесными объятьями, это слово допустимо.) За­тем самка резко изгибает переднюю часть тела, не вырываясь при этом из объятий, и выметывает икру.

Сотрудники ИПЭЭ обнаружили (уже не на африканских, а на азиатских клариевых сомах Clarias macrocepha-/us), что неотъемлемая часть ритуала спаривания — пачка электрических разрядов, которые генерирует самка. Происходит это всегда в одной и той же фазе ритуала, когда скула самца плотно прижата к боку самки в том месте, где находится яичник. Самка выбрасывает икру через несколько десятых секунды после начала пачки разрядов.

Объекты для исследования нашли на рыбоводческой ферме во Вьетнаме, которая продает мальков для зарыбле-ния водоемов. (Сом — он и в Азии сом, рыба крупная и съедобная, и разводить его прибыльно.) Пачки разрядов обна­ружила Ольга Солдатова. Наблюдения проводили в специальных аквариумах, освещенных и оборудованных электро­дами, которые регистрируют разряд. Электродов было две пары, на противоположных стенках. Таким спосо­бом можно определить, кто дал разряд, и не прикрепляя электроды к рыбам — зная их положения в аквариуме и то, что «минус» у них на головах. Видеосъемка позволяла сопоставлять видимые действия рыб и запись разрядов. Самка выпрямила усы — разряды пошли.

О том, какую роль могут играть элек­трические сигналы в размножении мор-мирид и гимнотид, вся жизнь которых сопровождается генерацией электриче­ских разрядов, было высказано множе­ство гипотез. Возможно, например, что самка оценивает зрелость и «качество» самца, регистрируя его разряды. Есть экспериментальные данные, показыва­ющие, что у мормирид самка выбрасы­вает икру в ответ на имитацию разрядов самца своего вида, но не других видов. Наконец, высказывалось предположе­ние, что мормириды с помощью раз­рядов синхронизируют выброс половых продуктов. Но у сомов с их редкими раз­рядами все могло быть иначе.

Поскольку разряды наблюдались не перед ритуалом, а во время него (то есть выбор партнера уже сделан), естественно было предположить, что они скорее связаны с синхронизацией. Например, самка подает сигнал сам­цу: дескать, пора, момент настал. Но тут исследователей ожидал сюрприз: оказалось, что самец выбрасывает сперму и до выброса икры, и до начала разряда. К чему же тогда самка при­зывает партнера, если все, казалось бы, завершено? Чтобы разобраться в этом, пришлось переместить камеру под аквариум и «подглядывать» снизу, через прозрачное дно.

Оплодотворение в водной среде имеет свои сложности. Спермин сома преодолевают в секунду доли милли­метра, подвижность сохраняют всего две минуты после выброса, а проплыть им надо сантиметров шесть. Вот по­чему так важны для сомовьей пары правильная поза и порядок действий. Резкий изгиб тела самки создает вихрь, который переносит часть спермы в нуж­ное место. А самцу двигаться нельзя, иначе потоки воды увлекут спермин в сторону. Возможно также, что его участие помогает самке метать икру: если самца нет рядом, то самка может погибнуть, но икру не сбрасывает. А в рыбоводной практике выделения икры добиваются массажем именно той об­ласти, к которой прижимается голова самца. Очевидно, самка подает ему сигнал не шевелиться и крепче сжимать кольцо, и это совершенно необходимо для успешного оплодотворения.

Для объяснения наблюдаемых фактов можно предложить и другие гипотезы — например, что разряды, генерируемые самкой, вообще не имеют сигнального значения, точно так же, как крики мле­копитающих при зачатии или родах. (Но этому противоречит четкая временная синхронизация процессов: крики мле­копитающих все же более разнообраз­ны.) Можно еще допустить, что разряды воздействуют на икринки и (или) спер­му, побуждая их к активизации. И все-таки наиболее убедительной кажется версия сигнала самцу.

А что же оудет дальше? Очевидно, что про электрогенерацию и электро­чувствительность мы знаем еще далеко не все — как про современные «кон­структорские решения», так и про их «разработку» в ходе эволюции. (Тем, кому показалось мало любопытных фактов, вот еще один: помимо рыб, электрочувствительностью обладают утконос и ехидна, примитивные млеко­питающие.) Резонно предположить, что новые результаты принесет аппаратура нового поколения. Смешно пытаться составить представление о том, каким видит мир животное с тысячью рецеп­торов, получая сигналы от нескольких пар электродов. Чтобы изучать работу «шестого органа чувств», необходимо сложное оборудование, способное скомпенсировать человеку отсутствие собственных электрорецепторов.

Е. Клещенко
Химия и Жизнь №9

9 tocek